デューク大学が溶剤フリーのDLP樹脂材料を開発、プリントされたインプラントは生分解性

2024年10月29日、アンタークティックベアは、デューク大学プラット工学部の研究者が、溶剤希釈なしで市販のデジタル光処理（DLP）3Dプリンターで直接使用できる樹脂ポリマーを開発したことを知りました。 DLP 印刷における大きな課題は、高解像度の造形を実現するために、樹脂の粘度をほぼ水のように低くする必要があることです。本来 DLP 印刷に適したポリマーの多くは固体であったり、粘度が高すぎたりするため、適切な粘度になるまで溶剤で希釈する必要があります。ただし、これらの溶剤を添加すると、部品の収縮（最大 30%）による印刷後の寸法精度の低下や、溶剤の蒸発時に生じる残留応力などの重大な欠陥が発生する可能性もあります。

デューク大学の研究者らは、Angewandte Chemie International Editionに発表された「分解性ポリ（アリルグリシジルエーテルサクシネート）の合成と無溶剤DLP 3D印刷」と題する論文の中で、DLP印刷用の新しい無溶剤ポリマーを発明した。収縮の問題がなくなるだけでなく、溶剤がないため、生体内で分解する能力を維持しながら部品の機械的特性も向上します。

論文リンク: https://doi.org/10.1002/anie.202414016

「私は、分解性医療機器に使用するための、DLP 用の本質的に薄く低粘度の材料を作りたかったのです」と、デューク大学のヒューゴ L. ブロムクイスト化学特別教授であるマシューベッカーの研究室で研究している MEMS 博士課程の学生、マディイシーガルは述べています。「何度も試行錯誤した結果、最終的に、希釈せずに DLP プリンターで使用できる無溶剤ポリマーを作成するための最良のモノマーと合成技術を見つけました。」
△デューク大学イノベーションコラボレーション研究所。
DLP 印刷に使用できる最初の無溶剤樹脂の 1 つとして、Segal はそれを使用して作られた部品の性能をテストすることに興味を持っていました。研究の結果、テスト部品はまったく収縮も変形もせず、溶剤で作られた部品よりも全体的に強度と耐久性に優れていることが判明した。彼女の研究結果によると、これは分解性ポリマーの DLP 3D 印刷で溶剤の使用を排除することで機械的特性が向上することを実証した初の例の 1 つです。
新しいポリマーを作成するために、シーガルはベッカーの研究室や他の場所で開発された既存の樹脂の構造と特性を分析し、段階的に経験的にモノマーと鎖長を変更して、望ましい低粘度ポリマーを得ました。彼女は基本的に「推測と検証」のアプローチを取り、機能する組み合わせが見つかるまでポリマーのモノマー、つまり「レシピ」を微調整しました。
このプロセスは料理とまったく同じではありません。特定の成分の組み合わせを混合し、加熱し、望ましい結果が得られるまで結果をテストします。シーゲルさんは最終的に希望通りの製品が完成するまでに、合計で約60通りの組み合わせを試した。
「縮まない、より強い素材を作ることに加えて、医療用途にも役立つようにしたい」とシーガル氏は言う。「生体適合性と分解性を兼ね備えた試作品の製作に取り組んでいる。製造工程から有毒な溶剤を排除することが、その実現に役立つだろう」

彼女の研究の最終的な目標は、この技術を生分解性の医療用インプラントに応用することです。現在、一時的な医療用インプラントの製造に使用されている材料の中には分解されないものがあり、その設置だけでなく除去にも複数回の手術が必要になります。シーガル氏は研究を通じて、体の自然なプロセスによって分解できるインプラントの開発を目指しています。
この材料で作られた装置は体内に埋め込まれ、時間の経過とともに自然に分解されるように設計されており、装置を除去するための追加手術が不要になります。また、折れた骨を一時的に固定するための骨接着剤として使用したり、柔らかく分解可能な材料を必要とするソフトロボットの用途にも使用できます。
「この素材こそが、この特定の用途を私の研究の主要ターゲットにしたのです」とシーガル氏は言う。「実際、この技術は、永久にそこに留まらせるのではなく、一定期間後に分解させたいあらゆるタイプのインプラントに使用できます。」
この研究は国立衛生研究所（1R01HL159954-01）の支援を受けて実施されました。デューク大学はこの技術に関する暫定特許出願を提出しました（出願番号＃63544353）。

デューク大学が溶剤フリーのDLP樹脂材料を開発、プリントされたインプラントは生分解性

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